Непрерывный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников электропитания электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры различного назначения.

Цель изобретения - упрощение, повышение надежности и расширение области использования непрерывного стабилизатора постоянного напряжения.

На чертеже представлена схема непрерывного стабилизатора постоянного напряжения.

Непрерывный стабилизатор постоянного напряжения содержит транзисторный регулирующий элемент 1, включенный в одну из силовых шин, дифференциальный усилитель постоянного тока 2. один вход которого

подключен к среднему выводу первого рези- сторного делителя напряжения 3, крайними выводами включенного между выходными выводом 4 и общей шиной, а другой - к первому выводу источника опорного напряжения 5, второй вывод которого соединен с общей шиной, узел защиты от перегрузок по току и коротких замыканий 6. состоящий из резисторного датчика тока нагрузки 7, включенного между выходом регулирующего элемента 1 и выходным вы водом 4, операционного усилителя 8, инвертирующий вход которого подключен к среднему выводу второго резисторного делителя напряжения 9, один крайний вывод которого подключен к точке соединения регулирующего элемента 1 с датчиком тока нагрузки 7, выход опера00СА Os О V4

СО

ционного усилителя 8 через последовательно соединенные диод 10 и первый резистор 11 подключен к выходу дифференциального усилителя постоянного тока 2, а также первый 12 и второй 13 стабилитроны, балластный резистор 14, третий резисторный делитель напряжения 15 и конденсатор временной задержки 16, причем цепочка из последовательно соединенных балластного резистора 14, первого 12 и второго 13 стабилитронов включена между входным выводом и общей шиной, к точке соединения первого 12 и второго 13 стабилитронов подключен эмиттер промежуточного транзистора 17, коллектор которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента 1, а база подключена к точке соединения упомянутых диода 10 и первого резистора 11, третий резисторный делитель напряжения 15 крайними выводами включен между выходным выводом 4 и общей дойной, а средним выводом подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 8, второй резисторный.делитель напряжения 9 крайними выводами включен между выходом регулирующего элемента 1 и точкой соединения первого 12 и второго 13 стабилитронов, а конденсатор временной задержки 16 включен между инвертирующим входом операционного усилителя 8 и общей шиной.

В стабилизатор могут быть введены второй резистор 18 и корректирующий конденсатор 19, причем второй резистор 18 включен между эмиттером промежуточного транзистора 17 и общей точкой первого 12 и второго 13 стабилитронов, а корректирующий конденсатор 19 включен между базой промежуточного транзистора 17 и общей шиной.

Регулирующий элемент 1 состоит из проходного 20 и согласующего 21 транзисторов разного типа проводимости.

Третий резисторный делитель напряжения 15 состоит из резисторов 22 и 23.

В коллекторную цепь промежуточного транзистора 17 может быть включен резистор 24. введение которого приводит к уменьшению напряжения коллектор-эмиттер этого транзистора.

На выходе операционного усилителя 8 последовательно с диодом 10 может быть включен резистор 25, который обеспечивает необходимую величину обратного напряжения на переходе база-эмиттер промежуточного транзистора 17 при срабатывании узла защиты от перегрузок и коротких замыканий 6.

В стабилизатор может быть также введен третий резистор 26, включенный между

первым выводом источника опорного напряжения 5 и общей точкой первого 12 и второго 13 стабилитронов, который служит для обеспечения надежного запуска стабилизатора.

Непрерывный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом. При нормальном режиме работы стабилизатора часть его выходного напряжения, снимаемая со среднего вывода первого резисторного делителя напряжения 3, подается на инвертирующий вход дифференциального усилителя постоянного тока 2, на неинвертирующий вход которого по5 ступает опорное напряжение с выхода источника опорного напряжения 5. С выхода дифференциального усилителя постоянного тока 2 усиленный сигнал рассогласования через первый резистор 11 подается на базу

0 промежуточного транзистора 17. С коллектора промежуточного транзистора 17 напряжение через резистор 24 поступает на базу согласующего транзистора 21 и далее на базу проходного транзистора 20 регули5 рующего элемента 1. При изменении по какой-либо причине выходного напряжения стабилизатора изменяется сигнал рассогласования на выходе дифференциального усилителя постоянного тока 2 и состояние

0 регулирующего элемента 1-.таким образом, что выходное напряжение стабилизатора возвращается практически к первоначальной величине.

Напряжение, подаваемое на инвертиру5 ющий вход операционного усилителя 8, снимается со среднего вывода второго резисторного делителя напряжения 9 и определяется падением напряжения на рези- сторном датчике тока нагрузки 7,

0 пропорциональным току нагрузки стабилизатора, выходным напряжением стабилизатора и напряжением стабилизации второго стабилитрона 13, а напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход операцион5 ного усилителя 8, снимается со среднего вывода третьего резисторного делителя напряжения 15 и равно части выходного напряжения стабилизатора. Напряжение на верхнем плече третьего резисторного дели0 теля напряжения 15 является опорным напряжением для узла защиты по току 6.

При токе нагрузки стабилизатора, меньшем тока срабатывания узла защиты 6, напряжение на инвертирующем входе

5 операционного усилителя 8 ниже, чем напряжение на его неинвертирующем входе, вследствие чего операционный усилитель 8 находится в первом устойчивом состоянии и напряжение на его выходе имеет наибольшее положительное значение относительно

общей точки первого 12 и второго 13 стабилитронов, диод 10 закрыт и узел защиты 6 не влияет на работу стабилизатора.

При перегрузке по току или коротком замыкании нагрузки падение напряжения на датчике тока нагрузки 7 и, следовательно, напряжение, подаваемое на второй ре- зисторный делитель напряжения 9, увеличивается, конденсатор временной задержки 16 начинает подзаряжаться и напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 8 относительно общей шины повышается, тогда как напряжение на его неинвертирующем входе остается неизменным. Вследствие этого напряжение на выходе операционного усилителя 8 понижается и становится отрицательным относительно общей точки первого 12 и второго 13 стабилитронов, диод 15 открывается и ток с выхода дифференциального усилителя постоянного тока 2 начинает протекать через диод 10 и резистор 25. При этом напряжение на базе промежуточного транзистора 17 понижается, промежуточный транзистор 17, а также согласующий 21 и проходной 20 транзисторы регулирующего элемента 1 подзапираются, выходное напряжение и ток нагрузки стабилизатора уменьшаются. При уменьшении выходного напряжения и тока нагрузки стабилизатора соответственно уменьшается падение напряжения на датчике тока нагрузки 7, напряжение на верхнем плече второго 9 и третьего 15 резисторных делителей напряжения, т.е. одновременно уменьшается напряжение на обоих входах операционного усилителя 8. Однако напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 8 относительно общей точки первого 12 и второго 13 стабилитронов оказывается выше, чем напряжение на его неинвертирующем входе, и операционный усилитель 8 переходит во второе устойчивое состояние, при котором напряжение на его выходе имеет наибольшее отрицательное значение от- носительно указанной общей точки, регулирующий элемент 1 полностью запирается и схема опрокидывается. Указанная разность напряжений между входами операционного усилителя 8 обеспечивается вследствие того, что нижний вывод второго резисторного делителя напряжения 9 подключен не к общей шине, как у третьего резисторного делителя напряжения 15. а к катоду второго стабилитрона 13. Вследствие этого к инвертирующему входу операционного усилителя 8 прикладывается часть неизменного по величине напряжения второго стабилитрона 13, что создает положительную обратную связь по выходному

напряжению стабилизатора и опрокидывание схемы при срабатывании защиты,

В этом режиме напряжение не неинвертирующем входе операционного усилителя

8 ниже, чем напряжение на его инвертирующем входе, операционный усилитель 8 находится во втором устойчивом состоянии, при котором напряжение на его выходе имеет наибольшее по величине отрицательное

0 значение, регулирующий элемент 1 полностью закрыт, выходное напряжение и ток нагрузки стабилизатора равны нулю.

Для возврата схемы в исходное состояние необходимо выключить стабилизатор,

5 устранить неисправность, а затем повторно включить стабилизатор.

При кратковременных перегрузках стабилизатора по току, например, при его включении, если время действия перегрузки

0 меньше времени заряда конденсатора 16, схема не опрокидывается и после окончания перегрузки переходит в нормальный режим работы или возвращается в исходное состояние..

5 Третий резистор 26 служит для обеспечения надежного запуска стабилизатора (после подключения его к входному питающему напряжению) подачей через третий резистор 26 напряжения от второго стаби0 литрона 13 на неинвертирующий вход дифференциального усилителя постоянного тока 2. Необходимость цепи запуска объясняется тем, что без нее в первый момент после подачи на стабилизатор входного на5 пряжения оба входа дифференциального усилителя постоянного тока 2 оказываются под нулевым потенциалом и стабилизатор может не запуститься.

Основными особенностями непрерыв0 ногр стабилизатора постоянного напряжения является введение в схему первого 12 и второго 13 стабилитронов и использование их в качестве вспомогательного источника питания для дифференциального усилителя

5 постоянного тока 2 и операционного усилителя 8, подключение к общей точке этих стабилитронов эмиттера промежуточного транзистора 17, что позволило исключить вспомогательный источник, который обыч0 но используется для питания усилителя постоянного тока, операционного усилителя, источника опорного напряжения и т.д., и согласовать выходное напряжение дифференциального усилителя постоянного тока 2

5 с напряжением, подаваемым на базу промежуточного транзистора 17. Особенностью стабилизатора является также введение второго 9 и третьего 15 резисторных делителей напряжения, подключение к их средним выводам входов операционного

усилителя 8 узла защиты 6, подключение нижнего вывода второго резисторного делителя напряжения 9 к катоду второго стабилитрона 13. использование в качестве опорного напряжения части выходного напряжения стабилизатора, что позволяет со- глэсовать выходное напряжение операционного усилителя 8 с напряжением, снимаемым с датчика тока нагрузки 7, и обеспечить положительную обратную связь по выходному напряжению стабилизатора и опрокидывание схемы при срабатывании защиты потоку без использования дополнительных специальных цепей и элементов.

Указанные схемотехнические решения позволили существенно упростить схему стабилизатора и узла защиты потоку и повысить надежность устройства - увеличить время наработки на отказ на 10-15% по сравнению с известными устройствами, а также расширить функциональные возможности стабилизатора путем обеспечения возможности его использования на повышенные выходные напряжения без усложнения схемы и введения вспомогательного источника питания.

Формул а изобретен и я

1. Непрерывный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий транзисторный регулирующий элемент, включенный в одну из силовых шин, дифференциальный усилитель постоянного тока, один вход которого подключен к среднему выводу первого резисторного делителя напряжения, крайними выводами включенного между выходным выводом и общей шиной, а другой вход - к первому выводу источника опорного напряжения, второй вывод которого соединен с общей шиной, узел защиты от перегрузок по току и коротких замыканий, состоящий из резисторного датчика тока нагрузки, включенного между выходом регулирующего элемента и выходным выводом, операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к среднему выводу второго резисторного делителя напряжения, один крайний вывод которого подключен к точке соединения регулирующего элемента с датчиком тока нагрузки, выход

операционного усилителя через последовательно соединенные диод и первый резистор подключен к выходу дифференциального усилителя постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью упрощения,

повышения надежности и расширения области использования, в него введены первый и второй стабилитроны, балластный резистор, третий резисторный делитель на- пряжения и конденсатор временной задержки, причем цепочка из последовательно соединенных балластного резистора, пер вого и второго стабилитронов включена между входным выводом и общей шиной, к точке соединения первого и второго стабилитронов подключен эмиттер введенного промежуточного транзистора, коллектор ко- - торого подключен к управляющему входу регулирующего элемента, а база подключена к точке соединения диода и первого резистора, третий резисторный делитель напряжения крайними выводами включен между выходным выводом и общей шиной, а средним выводом подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя ,

второй резисторный делитель напряжения крайними выводами включен между выходом регулирующего элемента и точкой соединения первого и второго стабилитронов, а конденсатор временной задержки включен между инвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной.

2. Стабилизатор по п. отличающийся тем. что в него введены второй резистор и корректирующий конденсатор,

причем второй резистор включен между эмиттером промежуточного транзистора и общей точкой перзого и второго стабилитронов, а корректирующий конденсатор включен между базой промежуточного

транзистора и общей шиной.

9 +

-464

Использование: в источниках электропитания электро- и радиотехнической аппаратуры. Сущность изобретения:устройство содержит последовательный транзисторный регулирующий элемент, дифференциальный усилитель постоянного тока, три резисторных делителя напряжения, источник опорного напряжения, датчик тока нагрузки, включенный последовательно с регулирующим элементом, узел защиты от перегрузок по току и к.з., в состав которого входят операционный усилитель, промежуточный транзистор и упомянутые датчик тока и третий резисторный делитель напряжения. В устройство дополнительно введены два стабилитрона, балластный резистор и конденсатор временной задержки. Отпала необходимость в дополнительном источнике питания для питания усилителей. Это упрощает схему, повышает надежность и расширяет область использования устройства. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. ъ Ј